Develop Three-dimensional Modeling and Printing Course to Improve Chinese Undergraduates' Spatial Ability

Abstract

Spatial ability has likely been a part of human cognition since early Homo sapiens. Spatial ability is important for various aspects of life and cognitive functioning. The structure of human intellect can be conceptualized as consisting of three broad but correlated domains: verbal ability, numerical ability, and spatial ability. Spatial ability plays a crucial role in creative design and scientific research.

Three-dimensional modeling and 3D printing have found widespread application in the field of education and have achieved significant accomplishments. They have opened up new possibilities in education, helping students develop spatial ability, creativity, and problem-solving skills. Emerging technologies and tools like three-dimensional modeling and 3D printing play a significant role in improving students' spatial ability.

However, there are still some shortcomings and challenges in research related to the application of three-dimensional modeling and 3D printing in enhancing spatial ability. These challenges related to defining and measuring spatial abilities, addressing diversity and cultural differences, managing the application of emerging technologies, and integrating these technologies into educational content effectively. Addressing these challenges will be essential for the successful implementation of such approaches in education.

The main purpose of this study is to introduce a 3D modeling and printing course to enhance the spatial ability of Chinese university students. With this research purpose in mind, a series of research questions are proposed, and research will be conducted around these questions. The research content will include: discussing the importance and necessity of improving spatial ability among university students, as well as the importance and necessity of offering a three-dimensional modeling and 3D printing course to enhance university students' spatial ability; the development of a three-dimensional modeling and 3D printing course curriculum; the implementation and monitoring of the course; and the evaluation of the course (including the measurement of spatial ability).

Through the collection and organization of literature and data on spatial abilities, 3D modeling and printing, and related theories (such as spatial cognitive theory, multimodal theory, cognitive development theory), the importance and necessity of improving the spatial abilities of college students are analyzed and demonstrated, as well as the importance and necessity of applying the 3D modeling and printing course to enhance these abilities. A corresponding conceptual framework is proposed to guide the next steps of curriculum development, implementation, and evaluation, ensuring the applicability and effectiveness of the course. A comprehensive curriculum system for 3D modeling and printing is constructed, and quasi-experimental research is conducted through course implementation and evaluation.

The research results show that the 3D modeling and printing course indeed effectively enhances the spatial abilities of college students, and the improvement effects may vary among students of different majors, genders, and levels of spatial ability. Based on the improvement effects of students' spatial abilities and the evaluation and teaching feedback of the course, the applicability and effectiveness of the 3D modeling and printing course are proven.

In summary, the application of three-dimensional modeling and 3D printing technology to enhance the spatial ability of college students holds significant theoretical value and offers broad practical prospects. It plays a crucial role in promoting students' comprehensive development and improving their competitiveness. This will provide more opportunities in the field of education to meet the evolving demands of technology and careers, nurturing a new generation of university graduates with excellent spatial abilities who will make positive contributions to future scientific research and innovation.

ความสามารถทางพื้นที่เป็นส่วนหนึ่งของการควบคุมความคิดของมนุษย์ตั้งแต่ระยะเริ่มต้นของ Homo sapiens อาจจะเป็นสิ่งสำคัญสำหรับด้านต่าง ๆ ของชีวิตและการทำงานทางสติปัญญา โครงสร้างของความสามารถของมนุษย์สามารถนำมาเรียบร้อยให้เป็นสามส่วนกว้าง ๆ แต่สัมพันธ์กัน: ความสามารถทางภาษา ความสามารถทางตัวเลข และความสามารถทางพื้นที่ ความสามารถทางพื้นที่เป็นสิ่งสำคัญในการออกแบบแบบสร้างสรรค์และการวิจัยทางวิทยาศาสตร์

การสร้างแบบจำลองสามมิติและการพิมพ์สามมิติได้รับการประยุกต์ใช้อย่างกว้างขวางในด้านการศึกษาและได้รับความสำเร็จอย่างมีนัยสำคัญ มันเปิดโอกาสใหม่ในการศึกษา ช่วยให้นักเรียนพัฒนาความสามารถทางพื้นที่ ความคิดสร้างสรรค์ และทักษะในการแก้ปัญหา การเทคโนโลยีและเครื่องมือที่เพิ่มขึ้นเช่นการสร้างแบบจำลองสามมิติและการพิมพ์สามมิติมีบทบาทสำคัญในการเพิ่มความสามารถทางพื้นที่ของนักเรียน

อย่างไรก็ตาม ยังมีข้อบกพร่องและความท้าทายบางอย่างในการวิจัยที่เกี่ยวข้องกับการประยุกต์ใช้การสร้างแบบจำลองสามมิติและการพิมพ์สามมิติในการเสริมความสามารถทางพื้นที่ ความท้าทายเหล่านี้เกี่ยวข้องกับการกำหนดความสามารถทางพื้นที่และการวัดมัน การแก้ไขความหลากหลายและความแตกต่างทางวัฒนธรรม การจัดการการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีที่เพิ่งเกิดขึ้นและการรวมเทคโนโลยีเหล่านี้เข้ากับเนื้อหาการศึกษาอย่างมีประสิทธิภาพ การแก้ไขปัญหาเหล่านี้จะเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการดำเนินการสำเร็จของแนวทางเช่นนี้ในการศึกษา

วัตถุประสงค์หลักของการศึกษานี้คือการนำเสนอหลักสูตรการสร้างแบบจำลองสามมิติและการพิมพ์สามมิติเพื่อเสริมความสามารถทางพื้นที่ของนักศึกษามหาวิทยาลัยในประเทศจีน ด้วยวัตถุประสงค์การศึกษานี้ในจิตใจ จะมีการนำเสนอชุดของคำถามวิจัยและจะมีการทำวิจัยรอบคำถามเหล่านี้ เนื้อหาการศึกษาจะรวมถึง: การสนทนาเกี่ยวกับความสำคัญและความจำเป็นในการเสริมความสามารถทางพื้นที่ของนักศึกษามหาวิทยาลัย และความสำคัญและความจำเป็นในการเสนอหลักสูตรการสร้างแบบจำลองสามมิติและการพิมพ์สามมิติเพื่อเสริมความสามารถทางพื้นที่ของนักศึกษามหาวิทยาลัย การพัฒนาหลักสูตรการสร้างแบบจำลองสามมิติและการพิมพ์สามมิติ การดำเนินการและการตรวจสอบหลักสูตร และการประเมินหลักสูตร (รวมถึงการวัดความสามารถทางพื้นที่)

โดยขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์การศึกษา จะมีการนำเสนอชุดของคำถามวิจัยและการทำวิจัยที่เกี่ยวข้องรอบคำถามเหล่านี้ เนื้อหาของการศึกษาจะรวมถึง: การสนทนาเกี่ยวกับความสำคัญและความจำเป็นในการเสริมความสามารถทางพื้นที่ของนักศึกษามหาวิทยาลัย และความสำคัญและความจำเป็นในการเสนอหลักสูตรการสร้างแบบจำลองสามมิติและการพิมพ์สามมิติเพื่อเสริมความสามารถทางพื้นที่ของนักศึกษามหาวิทยาลัย การสร้างกรอบความคิดที่สอดคล้องกันถูกนำเสนอเพื่อความเป็นไปได้ของขั้นตอนถัดไปในการพัฒนาหลักสูตร การดำเนินการ และการประเมิน ในการสร้างระบบหลักสูตรแบบเป็นระบบสำหรับการสร้างแบบจำลองสามมิติและการพิมพ์สามมิติและมีการทำวิจัยกว้างขึ้นเชิงการทดลองเทียบเท่าผ่านการดำเนินการและการประเมินหลักสูตร

ผลการวิจัยแสดงให้เห็นว่าหลักสูตรการสร้างแบบจำลองสามมิติและการพิมพ์สามมิติจริงๆ เสริมความสามารถทางพื้นที่ของนักศึกษามหาวิทยาลัยอย่างมีประสิทธิภาพ และผลกระทบในการปรับปรุงอาจแตกต่างกันในนักศึกษาของสาขาวิชาที่แตกต่างกัน เพศ และระดับความสามารถทางพื้นที่ โดยขึ้นอยู่กับผลกระทบในการปรับปรุงความสามารถทางพื้นที่ของนักศึกษาแต่ละคน และการประเมินและคำแนะนำการสอนของหลักสูตร การสร้างแบบจำลองสามมิติและการพิมพ์สามมิติมีความเป็นไปได้และมีประสิทธิภาพ

สรุปได้ว่าการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีการสร้างแบบจำลองสามมิติและการพิมพ์สามมิติเพื่อเสริมความสามารถทางพื้นที่ของนักศึกษามหาวิทยาลัยมีคุณค่าทฤษฎีสำคัญและมีโอกาสทางปฏิบัติอย่างกว้างขวาง มันเป็นสิ่งสำคัญในการส่งเสริมการพัฒนารวมของนักเรียนและการเพิ่มความแข็งแกร่งในการแข่งขัน นี้จะให้โอกาสมากขึ้นในด้านการศึกษาเพื่อตอบสนองความต้องการทางเทคโนโลยีและอาชีพที่เปลี่ยนแปลง ส่งเสริมนักศึกษาเจาะจงเพิ่มขึ้นทางสามารถทางพื้นที่ที่ยอดเยี่ยมซึ่งจะมีส่วนช่วยสร้างผลงานวิจัยทางวิทยาศาสตร์และนวัตกรรมในอนาคตให้เติบโตอย่างเชิงบวกได้